пример практической работы. Моделирование асинхронной машины с короткозамкнутым ротором
 Скачать 0.71 Mb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра РАПС проект по дисциплине «Моделирование в электротехнике» Тема: «Моделирование асинхронной машины с короткозамкнутым ротором»
Санкт-Петербург 2020 (эту страницу добавляете на свое усмотрение) ЗАДАНИЕ на проект
Аннотация Целью работы является практическое освоение моделирования асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа беличья клетка в режиме пуска на холостом ходу. Построение модели данного двигателя. Получение выходных графиков, используя введенные параметры в модуль асинхронной машины. (аннотацию на английский язык можно не переводить) Summary The aim of the work is the practical development of simulation of an squirrel cage asynchronous motor in the idle start mode. Building a model of this engine. Obtaining output graphs using the entered parameters in the asynchronous machine module. содержание
введение Изучаемая тема актуальна по причине того, что двигатель с короткозамкнутым ротором используется в электроприводах разных станков (металлообрабатывающих, грузоподъемных, ткацких, деревообрабатывающих), в вентиляторах, землеройных машинах, в лифтах, насосах, бытовых приборах и т.д. Цель данной работы заключается в изучении асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в режиме пуска на холостом ходу. В задачи входит: моделирование асинхронного двигателя в среде Matlab Simulink, получение выходных графиков. Объектом исследования является асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа беличья клетка. Основные инструменты: моделирование в среде Matlab Simulink. 1. Описание асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 1.1. Основные определения и теоретические положения Электродвигатели переменного тока, которые используют для своей работы вращающееся магнитное поле статора, являются в весьма распространенными электрическими машинами. Те из них, в которых частота вращения ротора отлична от частоты вращения магнитного поля статора, называются асинхронными двигателями. Асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором является вращающимся трансформатором, первичная обмотка которого - это статор, а вторичная - ротор. Между статором и ротором находится воздушный зазор. Как и в любом трансформаторе, каждая обмотка имеет и собственное активное сопротивление. При подключении двигателя в электрическую сеть в статоре появляется магнитное поле, которое вращается с частотой питающей сети синхронно. За счет явления электромагнитной индукции под действием магнитного поля статора в электрически замкнутых обмотках ротора появляется электрический ток. Наведенный электрический ток ротора индуцирует собственное магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся магнитным полем статора. В результате ротор начинает вращаться, и на валу двигателя возникает механический момент, которой пропорциональный току статора. Особенностью асинхронного двигателя является то, что за счет взаимодействия полей статора и ротора скорость вращения вала двигателя немного меньше, чем частота питающей сети. Разность между частотой питающей сети и скоростью вращения принято называть скольжением. 1.2. Основные типы асинхронных двигателей Асинхронные двигатели широко применяются в различных отраслях хозяйства и производства в силу простоты их изготовления и высокой надежности. Можно выделить четыре основных типа асинхронных двигателей: однофазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; двухфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором; трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором.  Рис.1. Однофазный асинхронный двигатель. Однофазный асинхронный двигатель (рис. 1) содержит на статоре одну рабочую обмотку, на которую подается переменный ток в процессе работы двигателя. Но для пуска двигателя на его статоре есть и дополнительная обмотка, которая на непродолжительное подключается к сети через конденсатор или индуктивность, либо замыкается накоротко. Это необходимо для создания начального сдвига фаз, чтобы ротор начал вращаться, иначе пульсирующее магнитное поле статора не столкнуло бы ротор с места. Ротор такого двигателя, как и любого другого асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, представлен цилиндрическим сердечником с залитыми алюминием пазами, с одновременно отлитыми вентиляционными лопастями. Такой ротор, типа «беличья клетка» и называется короткозамкнутым ротором. Однофазные двигатели нашли применение в маломощных приборах, таких как комнатные вентиляторы или небольшие насосы.  Рис.2. Двухфазный асинхронный двигатель. Двухфазные асинхронные двигатели (рис. 2) имеют наибольшую эффективность при работе от однофазной сети переменного тока. Они содержат две рабочие обмотки на статоре, расположенные перпендикулярно, и одна из обмоток подключается к сети переменного тока напрямую, а вторая – через фазосдвигающий конденсатор, таким образом получается вращающееся магнитное поле, а без конденсатора ротор бы сам не сдвинулся с места. Эти двигатели также имеют короткозамкнутый ротор, а их применение намного шире, чем у однофазных. Это могут быть и стиральные машины, и различные станки. Двухфазные двигатели для питания от однофазных сетей принято называть конденсаторными двигателями, так как фазосдвигающий конденсатор является зачастую неотъемлемой их частью.  Рис.3. Трехфазный асинхронный двигатель. Трехфазный асинхронный двигатель (рис. 3) имеет на статоре три рабочие обмотки, которые сдвинуты относительно друг друга так, что при включении в трехфазную сеть, их магнитные поля смещены в пространстве относительно друг друга на 120 градусов. При подключении трехфазного двигателя к трехфазной сети переменного тока, возникает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение короткозамкнутый ротор. 2. Моделирование асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 2.1. Построение модели АКЗ в среде Matlab Simulink В данной работе за основу исследования был выбран трехфазный асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором типа беличья клетка. Далее будет рассматриваться данный двигатель в режиме пуска на холостом ходу. Модель (рис. 4) содержит трехфазную асинхронную машину (1. Asynchronous Machine SI Units), которая питается от трехфазного источника напряжения (3. Three-Phase Source), блок для измерения скорости и момента машины (2. Bus Selector), блок момента нагрузки (Step) и блоки измерения и вывода графиков (Scope, 4. To Workspace). Для работы модели необходимо добавить блок Powergui. Данный блок, который помещен в модель, позволяет задать начальные значения переменных модели, провести расчет установившегося режима, выполнить инициализацию схемы, содержащей электрические машины, и найти полное сопротивление цепи. При запуске модели осуществляется прямой пуск АКЗ, по истечении некоторого времени прикладывается момент нагрузки.  Рис.4. Моделирование прямого пуска короткозамкнутого асинхронного двигателя 2.2. Ввод параметров АКЗ
Таблица 1. Паспортные двигателя Используя параметры Т-образной схемы замещения (рис. 5) получим данные для ввода.  Рис. 5. Т-образная схема замещения Полученные данные: Активное сопротивление обмотки статора: Rs = 0,0178 Ом; Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора: Xsσ = 0,118 Ом; Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к статору: Rr = 0,0194 Ом; Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора, приведенное статору: Xrσ = 0,123 Ом; Главное индуктивное сопротивление: Xm = 4,552 Ом; Индуктивность рассеяния обмотки статора: Lsσ = 0,0003756 Гн; Индуктивность рассеяния обмотки ротора: Lrσ = 0,0003915 Гн; Суммарный момент инерции двигателя и механизма: JΣ = 28 кг*м2. Ввод данных в модель АКЗ представлен на рисунке 6.  Рис. 6. Параметры асинхронной машины Далее осуществляем ввод данных в источник питания (рис. 7): − фазное напряжение: 660 В; − частота: 50 Гц; − сопротивление источника питания: 0.0029 Ом; − индуктивность источника питания: 0 Гн.  Рис. 7. Установка параметров источника питания Задаем параметры для блока момента нагрузки (рис. 8): Step time: 1.6; Final value: 3000.  Рис. 8. Параметры блока момента нагрузки 2.3. Получение выходных графиков В данной работе были выбраны три вида графика для построения: Скорость ротора, Электромагнитный момент и Угол поворота ротора. Перечисленные графики были получены с помощью двух элементов – Bus Selector (рис.9) и Scope.  Рис. 9. Вывод механических сигналов Полученные графики: (к графикам обязательно должны быть комментарии, на графиках обозначены оси и ед. измения). Скорость ротора.  Рис. 10. График скорости ротора Электромагнитный момент.  Рис. 11. График электромагнитного момента Угол поворота ротора.  Рис. 12. График угла поворота ротора заключение В данной работе была рассмотрена модель асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором типа беличья клетка в режиме пуска на холостом ходу. Были успешно получены данные для ввода в блок асинхронного двигателя на основе паспортных данных с использованием Т-образной схемы замещения. Полученные данные были введены в модель и использованы для получения выходных графиков. На основе полученных графиков можно сказать, что поставленные задачи и цель в данной работе были благополучно достигнуты. (общие фразы, не несущие смысла и ничем не подкрепленные, писать не надо) список использованных источников 1. Герман-Галкин, С. Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. — СПб.: КОРОНА-Век, 2008. — 368 с. 2. Герман-Галкин, С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Учебное пособие. — СПб.: КОРОНА принт, 2007. — 320 с. 3. Шрейнер, Р. Т. Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления: учеб. пособие / Р. Т. Шрейнер, А. В. Костылев, В. К. Кривовяз, С. И. Шилин. Под ред. проф. д. т. н. Р. Т. Шрейнера. — Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф. — пед. ун-т», 2008. — 361 с. 4. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MatLab, SimPowerSystems и Simulink. – М. : ДМК Пресс ; СПб. : Питер, 2008. – 288 с., ил. приложение А Антиплагиат  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||